Un experimento, elegante en su sencillez, ayuda a explicar por qué el agua se electrifica cuando toca superficies hidrofóbicas.

Por mas de un siglo, Los científicos han quedado desconcertados por la electrificación del agua cuando se pone en contacto con materiales hidrófobos o repelentes al agua. como cera de parafina, aceites burbujas de aire y membranas y láminas perfluoradas. Los mecanismos subyacentes siguen siendo objeto de acalorados debates. Ahora, un equipo de ingenieros de KAUST ha desenredado los roles del agua, hidrofobicidad y factores ambientales en este proceso. Esta contribución fundamental podría apoyar el desarrollo de mejores dispositivos para microfluídica y nanofluídica y para generar energía limpia.

"Las superficies hidrofóbicas son bastante comunes, "señala Jamilya Nauruzbayeva, Doctor. estudiante y autor principal del estudio. "Por ejemplo, pipetas de polipropileno y perfluorado, tubos, Los revestimientos y las membranas son superficies hidrófobas que se utilizan para muchas aplicaciones de ingeniería y ciencias básicas. Por lo tanto, es importante comprender qué mecanismos están en juego para mejorarlos y desarrollar otros nuevos ".

Himanshu Mishra, quien concibió y dirigió este estudio, dice que ha estado pensando en este problema durante más de cinco años. "Explorar la superficie del agua es una tarea insoportablemente difícil porque el grosor de las interfaces se reduce a la escala molecular, que ninguna técnica experimental puede probar sin ambigüedades, "Mishra explica.

"Este es un tema electrizante en las conferencias sobre el agua; a lo largo de los años, a través del experimento y la teoría, Se han propuesto varios factores y mecanismos en competencia, "dice Mishra. Estos incluyen, por ejemplo, la naturaleza dipolar de la molécula de agua; la transferencia de carga instantánea entre las moléculas de agua interfaciales y los hidrófobos; la disolución del CO2 atmosférico en agua; y la acumulación interfacial de iones intrínsecos de agua (es decir, iones hidróxido e hidronio).

Mishra y sus estudiantes se unieron a Carlos Santamarina para diseñar experimentos elementales para desenredar el papel del agua, sus iones y pH, hidrofobicidad de superficies, y factores ambientales, como la humedad relativa y el contenido de CO2.

Usando un condensador de placa paralela, expusieron gotas "colgantes" formadas a partir de capilares hidrófobos que responden a campos eléctricos uniformes. La competencia entre su peso y la fuerza eléctrica inclinó las gotas colgantes, que reveló su cargo.

Próximo, utilizaron un electrómetro, capaz de medir cargas hasta unos pocos electrones, para medir la carga de los depósitos de agua de donde se extraían las gotas. Descubrieron que a medida que se extrae una gota de agua mediante un capilar hidrofóbico, el depósito de agua adquiere una carga negativa igual y opuesta. Este no es el caso cuando utiliza un capilar de vidrio.

"A partir de estos resultados experimentales, podríamos deducir que estas superficies hidrofóbicas tenían carga superficial negativa, incluso en el aire, lo cual es bastante contrario a la intuición, "explica Nauruzbayeva." Cuando la superficie se inserta en el agua, los iones positivos son atraídos hacia él y los iones negativos son repelidos. La hidrofobicidad asegura que el líquido salga de la superficie sin dejar una película ".

"Este descubrimiento nació de una comprensión profunda de los conceptos científicos junto con una elegancia científica simple, "dice Santamarina. Mishra está de acuerdo al concluir que" la fuerza de nuestra contribución radica en su simplicidad ".